CN201233973Y - 向后兼容的连接器系统 - Google Patents

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CN201233973Y CNU2008200062667U CN200820006266U CN201233973Y CN 201233973 Y CN201233973 Y CN 201233973Y CN U2008200062667 U CNU2008200062667 U CN U2008200062667U CN 200820006266 U CN200820006266 U CN 200820006266U CN 201233973 Y CN201233973 Y CN 201233973Y
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温·克鲁吉门斯
理查德·豪沃思
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Abstract

本实用新型提供一种连接器系统。连接器和连接器组件的各个实施例提供了修改的结构特征以在保持向后兼容性的同时满足工业设计需要。将插头连接器两侧的对准柱完全去除并将剩余的连接器外壳重新成形以保持对准能力。诸如对准槽和弹性凸片的其它现有结构元件可被去除，这导致不影响功能或向后兼容性地得到更紧凑且单体的连接器结构。装饰环被塑造到连接器的基座上以形成一集成单元。该集成单元在被装入诸如系泊站的其它装置时导致尺寸减小的连接器。印刷电路板被集成到连接器组件的仓内以用作电缆导线和连接器针之间的中间连接机构。诸如识别电路或静电放电保护电路的其它功能可被加到集成的印刷电路板上。

Description

向后兼容的连接器系统
对相关申请的交叉引用
本申请与发明名称为“Connector”的美国专利No.6776660、在2004年4月27日提交的发明名称为“Connector Interface System forMulti-Communication Device”的共同受让的专利申请No.10/833689(20750P-000500US/P3393US1)以及在2003年4月25日提交的发明名称为“Media Player System”的共同受让的专利申请No.10/423490(20750P-000900US/P3032US1)有关，通过引用将其全部并入于此。
技术领域
本实用新型一般涉及用于电子系统的连接器。更具体地说，本实用新型涉及将便携式或手持式装置连接到其它电子装置的连接器系统的各种实现及制造方法。
背景技术
最近五年见证了诸如移动电话、数字媒体播放器、个人数字助理等的手持式消费电子装置的迅速增涨。使得能够在这些装置和诸如主计算机、附件和电源的其它电子系统之间进行电互连的连接器技术已得到发展，以满足这些系统的从电气规范和接口协议到形状因子(form factor)的各种要求。可以在30针连接器平台中发现高度通用的连接器系统的好例子，在上面提到的已授权专利和待决专利申请中说明了该30针连接器平台的各个方面。已开发了包含该30针连接器平台作为用于提供电互连性的主要装置的一大批电子装置。随着行业的发展，为了与现有装置对接和一起工作，随后的用于新老应用的装置的产生依赖于连接器平台的向后兼容性。另一方面，特别是在手持式消费电子装置市场中，曾经存在的减小电子装置尺寸或者出于其它工业设计考虑而另外修改其结构的需求常常要求重新设计包含连接器的装置的许多方面。因此，需要能够应对由这些竞争的需求提出的挑战的改进的连接器系统。
实用新型内容
本实用新型的各个实施例提供了具有更紧凑且单体的设计同时保持了向后兼容性的改进的连接器系统。在一个实施例中，将插头连接器的两侧的对准柱完全去除并将剩余的连接器外壳重新成形以保持对准能力。在一个实施例中，重新成形的连接器包含由卷绕连接器从而形成单个接缝的导电材料的单板制成的外壳。诸如对准槽和一些或所有弹性凸片的其它现有结构元件(feature)可被去除，这导致不影响功能或向后兼容性地得到更紧凑且单体的连接器结构。在另一实施例中，装饰环(trina ring)被塑造到连接器的基座上以与连接器形成一集成单元。该集成单元在被装入诸如系泊站(docking station)的其它装置时导致尺寸减小的连接器。在又一实施例中，印刷电路板被集成到连接器组件的仓内以用作电缆导线和连接器针之间的中间连接机构。诸如识别电路或静电放电保护电路的其它功能可被加到集成的印刷电路板上。
因此，在一个实施例中，本实用新型提供了一种用于具有插座连接器的连接器系统中的插头连接器，该插座连接器具有向插座连接器的盒形壳体内突出的对准突起，该插头连接器包括：主体，该主体具有宽度为W的底板、宽度为比W小的W′的顶板、均具有容纳顶板和底板之间的宽度差的台阶的第一侧板和第二侧板，其中第一侧板和第二侧板相对于提供基本上平坦的主体的顶板和底板较小；和电极阵列，该电极阵列沿主体的深度方向延伸并被绝缘材料定位到主体的底板的内表面上，从而在电极阵列和顶板之间的主体的内部留下插入空腔，其中第一侧板和第二侧板中的台阶与插座连接器的对准突起对准，以将插头连接器引导插入插座连接器壳体中。插头连接器还包含由卷绕主体的导电材料的单板制成的外壳。
在另一实施例中，插头连接器还包含塑造到插头连接器的基座上的集成装饰环。在一特定实施例中，该集成装饰环由玻璃增强尼龙制成。在另一实施例中，减少将插头连接器内的电极保持在适当位置的倒钩的数量。
在又一实施例中，本实用新型将印刷电路板集成到电缆连接器组件的仓内。在该实施例中，电缆中的导线通过印刷电路板与连接器电极电耦合。在一特定实施例中，印刷电路板还包含诸如识别电路或静电放电保护电路的附加功能。
修改的连接器的这些和其它特征产生了保持与先前存在的相配连接器兼容的更紧凑且单体的连接器组件。以下的详细说明和附图使得可以更好地理解本实用新型的连接器系统的本质和优点。
附图说明
图1示出了插头连接器和插座连接器的等距视图以及这两个连接器的连接方式；
图2和图3分别示出了现有插头连接器的简化顶视图和截面图；
图4提供了根据本实用新型的一个实施例的经修改但向后兼容的插头连接器的前视截面图；
图5A和图5B示出了根据本实用新型的一个实施例的经修改但向后兼容的插头连接器的正面和背面的等距视图；
图6提供了现有系泊系统的部件的子集的立体图；
图7A和图7B分别示出了具有放在其基座上的保护环的连接器和放在印刷电路板上时的该连接器的侧视图；
图8A和图8B分别提供了根据本实用新型的实施例的集成的连接器加保护环的背面和正面的等距视图；
图9A和图9B分别示出了根据本实用新型的另一实施例的集成的连接器加保护环、以及经修改的针形状的侧视图；以及
图10A和图10B分别示出了具有集成到连接器的仓中的印刷电路板的连接器组件的实施例和完全组装的连接器。
具体实施方式
参照图1，该图示出了包含诸如iPodTM的手持式媒体播放器的一大批电子装置和为这些手持式媒体播放器开发的许多附件当前所使用的连接器系统100。连接器系统100包含可插入插座连接器102中的插头连接器101。这些连接器被设计为：当处于接合位置时，容纳于插头连接器101中的针阵列110与容纳于插座连接器102中的相应针阵列104接触。为了在插入过程中适当地对准这两个针阵列，插座连接器102包含从其外壳向内突出的一对突起108A和108B。在一个实施例中，通过将连接器外壳的顶板切割成带角度的C(或括弧)形状并将得到的舌片向插头壳体内部弯曲，从而形成突起108A和108B。插头连接器101继而包含相应的一对槽或狭缝114A和114B，当与插座连接器102接触时，该对槽或狭缝114A和114B与突起108A和108B啮合并帮助引导插入过程。
在一些实施例中，插头连接器101包含这样的外壳或框架(chassis)，该外壳或框架具有由导电材料制成以在连接器承载电信号时减少电磁干扰(EMI)的顶板和底板。插头连接器101还包含凸起的弹性凸片116A和116B，其增加了两个接合连接器之间的压缩作用从而使啮合更牢固并进一步改善了EMI抑制。在其它的实施例中，插头连接器101还在插头连接器主体的任一侧包含诸如弹性止动销118的锁止机构。当被插入插座连接器102中时，止动销118首先被推入，然后在插座连接器主体内部被一次释放从而锁住这两个连接器。
图2和图3分别提供了插头连接器101的示例性顶视图和截面图。在示出的实施例中，插头连接器101包含连接器壳体侧面上的对准柱122A和122B。在本实施例中，顶板120以及凸片116A和116B由诸如金属的导电材料制成，而对准柱122A和122B由诸如塑料树脂的非导电材料制成。图3中的插头连接器101的前视截面图示出了电介质材料底座(bed)中的固定到连接器壳体的下板内壁上的针阵列110，从而在连接器内部的剩余部分中留下了空腔124。在一个实施例中，电介质材料底座可容纳30针。在表一中示出了如在iPodTM媒体播放器中使用的针对30针加两个框架接地凸片或针的示例性针指定。虽然电介质底座可容纳30针，但在电介质底座中包含的导电针的实际数量可根据应用而改变。此外，框架针的数量可少于或多于表一列出的两个。在一个例子中，多达六个的框架针为连接器外壳以及通过焊接到板上而使连接器物理紧固的机构提供接地。图3还示出了连接器壳体的两侧上的一对弹性凸片116。该特定的连接器101在从对准柱118的外边缘开始测量时为约21.30mm宽，而在不包括对准柱122时为约19.2mm宽。在上述的美国专利No.6776660和待决专利申请No.10/833689和No.10/423490中提供连接器系统100的示例性实施例的其它结构和电气细节，通过引用将其全部并入于此。
表一
 
针 信号名称 I/O 功能
1 DGND GND 移动装置中的数字接地
2 DGND GND 移动装置中的数字接地
3 TPA+ I/O FireWire信号
4 USBD+ I/O USB信号
5 TPA- I/O FireWire信号
6 USBD- I/O USB信号
7 TPB+ I/O FireWire信号
8 USB Vbus I USB功率进入：用于检测USB主机
9 TPB- I/O FireWire信号
10 附件识别 I 识别外部附件
11 F/W PWR+ I Firewire和充电器输入电源(8～15V DC)
12 F/W PWR+ I Firewire和充电器输入电源(8～15DC)
13 附件电源 O 3.3V是标称输出。低功率模式中的正常电流是5mA，在高功率模式中电流限于100mA。      
14 保留
15 DGND GND 移动装置中的数字接地
16 DGND GND 移动装置中的数字接地
17 保留
18 RX I 接收数据
19 TX O 发送数据
20 附件检测 I 附件检测
21 S视频Y O S视频的亮度成分
22 S视频C O S视频的色度成分
23 复合视频 O 复合信号
24 遥感 I 检测遥控
25 LINE-IN L I 输入到移动装置的用于左声道的线路电平
26 LINE-IN R I 输入到移动装置的用于右声道的线路电平
27 LINE-OUT L O 输出到移动装置的用于左声道的线路电平
28 LINE-OUT R O 输出到移动装置的用于右声道的线路电平
29 音频返回 - 音频返回。这是信号并且绝不要在附件内接地.
30 DGND GND 移动装置中的数字接地
31 框架 用于连接器外壳的框架接地
32 框架 用于连接器外壳的框架接地
如上所述，连接器系统100提供了被一大批电子装置广泛使用的互连平台。连接器系统100使手持式媒体播放器与包含主计算机的其它电子装置，诸如系泊站、许多不同类型的电缆连接器、电池充电器和电源适配器、Hi-Fi音响系统和RF系统以及照相机连接器的附属装置以及许多其它类型的装置互连。随着消费电子装置行业的发展，改变工业设计考虑和对进一步小型化的需求要求修改连接器的结构和设计。因此，存在的挑战是在保持与现有装置的兼容性的同时满足发展的工业设计要求。在一个实施例中，本实用新型修改了插头连接器100的结构设计，以在不影响功能或与现有插座连接器的兼容性的情况下实现更紧凑且单体的结构。
参照图4，该图示出了根据本实用新型的一个实施例的连接器400。连接器400与插头连接器101相比更加紧凑，然而在功能上与连接器系统100等同并且在结构上与连接器系统100兼容。许多的结构修改使连接器400可以更紧凑同时向后兼容。在这些修改中有将对准柱118去除。这导致两个有利的特征。首先，连接器的总宽度W从约21.30mm减小到约19.2mm。第二，去除对准柱提供了从卷绕整个连接器壳体的单板构建连接器外壳402的选项。在一个实施例中，形成连接器外壳的单板由诸如金属的导电材料制成，这进一步提高了连接器的EMI抑制。
其次，替代槽或狭缝(图1和图2、图3中的114)，如图4所示在外壳402的各侧板处形成台阶404。这导致具有比下板的约19.2mm的宽度W小的约17.35mm的宽度W′的上板(如图4所示)。板的尺寸和得到的台阶404A和404B的尺寸被设计为在连接器400被插入插座连接器102中时与插座连接器102的啮合突起108摩擦地相配。台阶404的角度和曲率半径被设计为有利于将外壳402制造成导电材料的单板。在示出的例子中，从各侧的台阶得到的三个边缘中的每一个具有与锐角相对的弯曲轮廓。
图5A和图5B示出了根据本实用新型的该实施例的连接器400的正面和背面的等距视图。如图5A和图5B所示，外壳402由卷绕连接器从而形成接缝406的材料的单板制成。在该实施例中，连接器400包含位于连接器的外壳402的一个板上而在另一个板上没有的弹性凸片408A和408B。应当理解，凸片408的设置可以变化，从每侧有二个或更多个到根本没有。这些修改的组合产生了更紧凑且单体同时又与先前存在的连接器系统100兼容的连接器结构。
如上面解释的那样，插头连接器具有从电缆到系泊站的大量应用。根据本实用新型的另一实施例，当连接器400是系泊站的一部分时，实现了连接器组件的进一步小型化。图6提供了系泊系统600的部件的子集的立体图。诸如插头连接器101(图1)的连接器被安装在印刷电路板(PCB)602的顶表面上，而诸如插座连接器102(图1)的插座连接器被固定到PCB 602的一面。在完全组装系泊系统600之前，将通常由塑料制成的保护环604插入在连接器101的基座周围。图7A示出了组合的连接器101和塑料装饰环604的等距视图，而图7B提供了其侧视图。如图6和图7B所示，连接器/环组件通常倾斜一角度，该角度在本例子中为偏离垂直轴约15度的角度。该角度导致系泊在系泊系统600中的装置倾斜以向用户提供更好的观察角度。在图7B中还指出了得到的组件的基座结构的总厚度，该总厚度在这种情况下为约3.9mm。图7B还示出了从基座下面向外延伸并延伸到PCB上的针606。
根据本实用新型的一个实施例，不使用插入在连接器的基座周围的单独的塑料装饰环，而是将更小的装饰环塑造到连接器基座上以形成一集成单元。图8A和图8B示出了具有集成的装饰环802的连接器组件800的背面和正面的等距视图。图8B示出了装饰环802中的可通过其到达针804的开口。将针804电连接到PCB上的导电迹线的焊接工艺将连接器组件800暴露于高温下。装饰环802因此优选由诸如玻璃增强尼龙等的可耐受较高温度的材料制成。
具有集成装饰环802的连接器组件800具有明显减小的厚度，并因此可更低地放置于系泊基座中。图9A针对一示例性实施例指明基座厚度的减小，其中基座厚度被减小到约1.42mm。虽然图8A和图8B示出了使用更紧凑的连接器设计(图4和图5中的400)作为连接器组件800的一部分，但先前存在的连接器也可受益于塑造的装饰环设计。应当注意，在一些应用中可能希望在被系泊的装置的底部和连接器周围的系泊表面之间具有间隙。例如，手持式电子装置可具有诸如麦克风和扬声器的集成音响系统，该集成音响系统具有位于装置的基座上的接近与系泊连接器接合的连接器的开口。这种装置的声学需求可能要求当装置被系泊时在装置的底部和系泊表面之间存在间隙。对于这些应用，可将连接器组件800的总高度调整为产生希望的间隙以改善装置的声学性能。
在另一实施例中，连接器组件800使用尺寸更小的针(图8B中的804)。图9B示出了示例性的针900的形状。针900的高度更短并且具有更少的倒钩，在本例子中具有一个倒钩902。在诸如插头连接器101(图1)的现有连接器中使用的针一般被设计为具有多个倒钩并且更高。倒钩一般被添加到针结构上以在它们被容纳于连接器内时增加保持力。尺寸减小的总体连接器结构允许连接器组件800使用更短的并具有更少倒钩的针900。在一个实施例中，连接器组件800被设计为以比图7B所示的角度小的角度位于系泊系统的PCB上。根据本实施例，连接器组件的角度被减小到偏离垂直轴约10度。减小的角度降低了当媒体播放器装置被插入系泊站时翻倒的可能性，因此允许更小的系泊站覆盖区(footprint)。在于2005年8月24日提交的发明名称为“Docking Station for Handheld Electronic Devices”的共同受让的专利申请No.11/212302(代理机构卷号20750P-0018800US/P3773US1)以及于2003年4月25日提交的发明名称为“Media PlayerSystem”的专利申请No.11/423490(代理机构卷号20750P-000900US/P3032US1)中更详细地说明了可使用连接器组件800及其各种结构元件的示例性系泊系统，通过引用将它们的全文都并入于此。
在又一实施例中，本实用新型提供了可将PCB集成到连接器仓(boot)内的改进的电缆连接器组件。参照图10A，该图示出了与电缆连接器组件1000连接的电缆1002的一端。电缆连接器组件1000包含通过仓部分1006而固定到电缆1002的连接器1004。仓1006一般由诸如塑料的材料制成，并被设置为保护使连接器1004与电缆1002内的导线电互连的配线并为用户提供了手柄。代替将电缆1002内的导线直接焊接到连接器1004中的针，根据本实施例的本实用新型使用PCB作为电缆和连接器之间的中间连接机构。PCB被容纳于电缆连接器组件1000的仓1006内。如图10A所示的连接器1004是图1和图2、图3所示的类型(插头连接器101)。应当理解，本实用新型的该实施例也与诸如关于图4和图5说明的那些连接器的修改的连接器等同地工作。
图10B示出了根据本实用新型的示例性实施例的电缆连接器组件1000的内部结构。绝缘导线1008在电缆1002和连接器1004之间的接触点附近延伸到电缆1002外面。应当理解，虽然在本例子中仅示出了四根导线1008，但是导线的数量可根据电缆连接器的应用而改变。例如，当电缆连接器的另一端与通用串行总线(USB)连接器连接时，电缆将承载四根导线。在示出的实施例中，除了四根导线1008以外，电缆1002还包含从电缆端部延伸出去的被分开的编带(braid)1010。编带1010优选采取网状编带的形式并为接地和连接器的其它导电部件提供屏蔽。该组件还包含通过例如焊接机构固定到连接器1004上的PCB 1012。PCB 1012包含焊盘1014，导线1008处于焊盘1014处并与其电连接。PCB 1012上的导电迹线(未示出)通过接点1016将焊盘1014连接到连接器1004中的适当的针。在图10B所示的例子中示出的PCB 1012具有带有角的C(或括弧)的形状，或者如果连同电缆1002一起观察，那么它具有字母T的帽子的形状。PCB 1012也可以具有其它形状。
当多条电缆导线与多个紧密隔开的连接器针连接时，将电缆导线直接连接到连接器针上需要较高的精度。将PCB 1012集成在电缆连接器组件1000的仓1006中的优点是通过PCB 1012制成的中间连接缓解了这种需要。根据本实用新型的本实施例的电缆连接器组件的另一优点是：包含了PCB 1012，这允许制造商将诸如静电放电(ESD)保护电路、电缆识别电路或EMI抑制构造的其它功能加到PCB上。
在一个实施例中，PCB 1012还包含允许与电缆连接的装置识别电缆的类型的电缆识别电路。根据本实施例，PCB 1012包含连接在连接器1004的两个预定针之间的电阻元件1018。在一个例子中，电阻器1018连接在连接器1004的针10和15之间，其中，根据表一所示的针指定表，针10是“附件识别”输入针，而针15是数字接地针。当电缆连接器组件1000被插入诸如便携式媒体播放器或移动电话的电子装置中时，该装置将能够通过检测有无电阻器1018来识别电缆的类型。如上所述，根据应用的需要，可将其它功能加到集成的PCB上。例如，电缆1002本身可被卷绕在铁素体中，这增加了EMI吸收并进一步提高了电缆的RF性能。在于2007年1月3日提交的发明名称为“Cable with Noise Suppression”的共同待决并且共同受让的专利申请No.___/____(客户用编号P5067US1)中更详细地说明了连接器电缆组件的该方面，通过引用将其全部内容并入于此。
已说明了根据本实用新型的改进的连接器和连接器组件的各个实施例。虽然在以上的特定实施例的上下文中说明了这些实用新型，但许多修改和变型也是可能的。因此，以上说明是出于说明的目的，而不是想要进行限制。例如，提到诸如金属或玻璃增强尼龙等的各种类型的材料是出于说明的目的，并且其它类似的替代方案也落在本实用新型的范围内。此外，提到的上述各种结构的顶部或底部或者正面和背面是相对的，并且可根据参考点而互换地使用。类似地，在以上的说明全文中提供的尺寸和大小仅是出于说明的目的，这里说明的实用新型构思可被应用于具有不同尺寸的结构。因此，本实用新型的范围和宽度不应被上述特定实施例所限制，而应由以下的权利要求和它们的等同物的全部延伸来确定。

Claims (7)

1.一种向后兼容的连接器系统，其特征在于，包括：
容纳多个导线的电缆；
容纳多个针的连接器；
将电缆的第一端连接到连接器的仓，其中，通过集成到仓中的印刷电路板形成电缆内的所述多个导线和连接器内的所述多个针之间的电耦合；以及
位于印刷电路板上并被配置为执行一个或更多个预定功能的一个或更多个电子部件。
2.根据权利要求1所述的向后兼容的连接器系统，其特征在于，印刷电路板包含适于接收来自电缆的相应的多个导线的多个焊盘。
3.根据权利要求2所述的向后兼容的连接器系统，其特征在于，印刷电路板还包含将所述多个焊盘与所述多个针的相应的多个接点电耦合的多个导电迹线。
4.根据权利要求1所述的向后兼容的连接器系统，其特征在于，布置在印刷电路板上的电阻器被电耦合在连接器的两个预定针之间。
5.根据权利要求4所述的向后兼容的连接器系统，其特征在于，该电阻器识别电缆连接器的类型。
6.根据权利要求1所述的向后兼容的连接器系统，其特征在于，将静电放电保护电路布置在印刷电路板上并使其与连接器的一个或更多个预定针电耦合。
7.根据权利要求1所述的向后兼容的连接器系统，其特征在于，电缆的第二端与通用串行总线连接器耦合。
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